【正文】 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器。這種方法不需要事先知道過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，可直接在系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定，比較簡(jiǎn)單。PID控制參數(shù)的整定方法在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或安裝完畢后，被控對(duì)象、測(cè)量變送器和執(zhí)行器這三部分的特性就完全確定了，不能任意改變。K．J．Astrom、．Hang、Qingguo Wang、Z．J．Palmor、S．H．Shen等自整定專(zhuān)家不斷在幾大國(guó)際雜志上發(fā)表新的研究成果，顯示了PID 自整定技術(shù)強(qiáng)大的理論生命力 。PID參數(shù)的調(diào)整原則：PID參數(shù)的預(yù)置是相輔相成的，運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行下列微調(diào)，被控物理量在目標(biāo)值附近振蕩，首先加大積分時(shí)間I，如果還是有振蕩，可適當(dāng)減小比例增益P。穩(wěn)定性下降，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 (3)誤差積分反饋的引入有很多負(fù)作用 在PID控制中，誤差積分反饋的作用是消除靜差，提高系統(tǒng)響應(yīng)的準(zhǔn) 確性，但同時(shí)誤差積分反饋的引入，使閉環(huán)變得很遲鈍，容易產(chǎn)生振 蕩，易產(chǎn)生由積分飽和引起的控制量飽和。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近于零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。第六章是對(duì)本次設(shè)計(jì)的總結(jié)，主要有這次論文的不足和對(duì)PID控制的展望。運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)的控制器有很多的用途，比如用單片機(jī)的全自動(dòng)鍋爐壓力控制器，該系統(tǒng)能根據(jù)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的各個(gè)狀態(tài)做出實(shí)時(shí)精確的自動(dòng)控制，如實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、水位等的監(jiān)控，數(shù)碼管顯示、報(bào)警、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的功能。另一方面,某些新控制技術(shù)的發(fā)展要求更精確的PID控制,從而刺激了PID控制器設(shè)計(jì)與參數(shù)整定技術(shù)的發(fā)展。如果過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。值得提出的是, 1939年Taylor儀器公司推出的一款帶有所謂“Pre2act”功能的名為“Fulscope”的氣動(dòng)控制器以及同時(shí)期Foxboro儀器公司推出的帶有所謂“Hyper2re2set”功能的“Stabilog”氣動(dòng)控制器都是最早出現(xiàn)的具有完整結(jié)構(gòu)的PID控制器。20世紀(jì)的30年代晚期微分控制的加入標(biāo)志著PID控制成為一種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu),也是PID控制兩個(gè)發(fā)展階段的分水嶺。它的產(chǎn)品已經(jīng)在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，很多大公司都開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能控制器?？刂破鞯妮敵鼋?jīng)過(guò)輸出接口、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，加到被控系統(tǒng)上；控制系統(tǒng)的被控量，經(jīng)過(guò)傳感器，變送器，通過(guò)輸入接口送到控制器。不同的控制系統(tǒng)，它們的傳感器、變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是不一樣的。PID控制器至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。第一個(gè)階段為發(fā)明階段( 1900 ～1940 ) ?！癙re2act”與“Haper2re2set”功能實(shí)際都是在控制器中加入了微分控制?！　〉谌琍ID控制器在實(shí)踐中也不斷的得到改進(jìn)。在實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對(duì)運(yùn)行工況的適應(yīng)性很差。該系統(tǒng)還采用模糊PID方法進(jìn)行溫度控制，能克服普通的單片機(jī)PID溫度控制系統(tǒng)的一些不足之處，讓它達(dá)到令人較為滿意的控制效果。2 PID控制 PID控制的特點(diǎn)和原理在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱(chēng)PID控制，又稱(chēng)PID調(diào)節(jié)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。這就是說(shuō)，在控制器中僅僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例加上微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。(4)線性組合不一定是最好的組合方式 PID控制器給出的控制量是誤差的現(xiàn)在、過(guò)去、將來(lái)三者的線性組 合。I因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，提高無(wú)差度。被控物理量在發(fā)生變化后很難恢復(fù)，首先加大比例增益P，如果恢復(fù)較慢，可以適當(dāng)?shù)臏p小積分時(shí)間I，還可以加大微分時(shí)間D。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和自整定技術(shù)的成熟，El前有關(guān)自動(dòng)整定控制器的商業(yè)化產(chǎn)品已大量涌現(xiàn)，其中比較著名的如Foxboro公司的ExACT 系列、First Control的M R0CONTROLLER系列、Leed ＆ Northrop 的Electromax V 系列、SattControl的ECA40系 、Honeywell公司的RPID、ControlSoft公司INTUNE 等 。只能通過(guò)控制器參數(shù)的工程整定，來(lái)調(diào)整控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。幾種整定方法的比較：整定方法優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)反應(yīng)曲線法方法簡(jiǎn)單系統(tǒng)開(kāi)環(huán)，被調(diào)量變化較大，影響生產(chǎn)穩(wěn)定邊界法系統(tǒng)閉環(huán)會(huì)出現(xiàn)被調(diào)量等幅振蕩衰減曲線法系統(tǒng)閉環(huán)，安全實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)經(jīng)驗(yàn)法系統(tǒng)閉環(huán)，不需計(jì)算需要經(jīng)驗(yàn)注意：同一個(gè)系統(tǒng)，最佳整定參數(shù)可能不是唯一的。，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修。尋址范圍64K，并有控制功能較強(qiáng)的布爾處理器?！拔⒖刂破鳌钡姆Q(chēng)謂更能反應(yīng)單片機(jī)的本質(zhì)。這么多種單片機(jī)能進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，這就說(shuō)明了我們的應(yīng)用工程師已經(jīng)能夠綜合各類(lèi)單片機(jī)的性能、價(jià)格等方面的一些因素，并結(jié)合實(shí)用對(duì)象進(jìn)行選擇。 (2) 體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化 應(yīng)用系統(tǒng)的印制板減小、安裝簡(jiǎn)單方便、接插件減少。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車(chē)的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開(kāi)單片機(jī)。8051單片機(jī)的基本組成時(shí)鐘電路SFR和RAM ROMCPU定時(shí)/計(jì)數(shù)器并行端口中斷系統(tǒng)串行端口系 統(tǒng) 總 線時(shí)鐘源T0 T1P0 P1 P2 P3TXD RXD INT0 INT1 圖 8051單片機(jī)的基本組成一個(gè)8051單片機(jī)包含下列部件 （1）一個(gè)8位微處理器CPU。通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/
EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGND～堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器～RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令
寄存器定時(shí)和
控制邏輯指令
譯碼器8051單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROM/
EPROMB寄存器程序地址寄存器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器PC數(shù)據(jù)指針DPTRVCCGND～堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器～RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令
寄存器定時(shí)和
控制邏輯指令
譯碼器 單片機(jī)的內(nèi)部組成8051單片機(jī)的CPUCPU就是中央處理器，是單片機(jī)的核心部件，它完成各種運(yùn)算和控制操作，CPU由運(yùn)算器和控制器兩部分組成。*RS1和RS0：工作寄存器組選擇，如下表所示。程序計(jì)數(shù)器PC：當(dāng)一條指令按PC所指向的地址從程序存儲(chǔ)器中取出之后，PC的值就會(huì)自動(dòng)增量，即指向下一條指令。 ① ALE功能：用來(lái)鎖存P0口送出的低8位地址。 ② Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM 編程期間，施加編程電源Vpp。即：編程脈沖：30腳（ALE/PROG） 編程電壓（25V）：31腳（EA/Vpp） 　　 8051單片機(jī)的工作原理單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它任務(wù)的過(guò)程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過(guò)程，即一條條執(zhí)行的指令的過(guò)程，指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫(xiě)下來(lái)，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類(lèi)的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。 圖 7805的整流電路 圖 整流電路原理圖變壓器后面是由四個(gè)二極管組成的一個(gè)橋式整流電路。單片機(jī)控制系統(tǒng)中，一般可能只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。 圖 數(shù)碼管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)中我們用的是四位一體的數(shù)碼管，下面簡(jiǎn)單介紹一下。定時(shí)器的編程包括：（1）置工作方式。這里選用集成A/D轉(zhuǎn)換器——ADC0832。ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。DO：數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器。⑥ /XFER ：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)，輸入低電平有效。⑩ VREF：基準(zhǔn)電壓輸入端。③ 雙緩沖方式:所謂雙緩沖方式，就是將DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)寄存器 都連接成獨(dú)立受控鎖存方式。 圖 晶振電路XTAL1和XTAL2是片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來(lái)外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來(lái)連接8051片內(nèi)OSC的定時(shí)反饋回路。Proteus ISIS是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。先輸入一個(gè)給定輸入值，通過(guò)參數(shù)選擇再通過(guò)PID整定顯示出參數(shù)和參數(shù)的整定輸出值，再將輸出值賦給前一時(shí)刻的輸入值再進(jìn)行循環(huán)。 本系統(tǒng)采用軟件消抖，當(dāng)單片機(jī)第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，即檢測(cè)到與按鍵連接的I/O口為低電平是，等待10ms，再去確認(rèn)該I/O口是否仍舊為低電平，如果還是低電平，就一般的機(jī)械按鍵而言，已經(jīng)是出于穩(wěn)定期了，按鍵的抖動(dòng)被消除了。（2）控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，位置式PID算法必須先將計(jì)算機(jī)的輸出值置為原始閥門(mén)開(kāi)時(shí)，才能保證無(wú)沖擊切換。參考文獻(xiàn)[1] 周潤(rùn)景、張麗娜、（第二版).北京： 航空航天大學(xué)出版社，2010[2] ，2011[3] （第二版）.[4] 郭一楠、?？×帧?009[5] 張毅剛、彭喜源、2000[6] ，2008[7] ,2000[8] 齊志才、:中國(guó)建筑工業(yè)出版社， 2005[9] 高金源、2007[10] ：機(jī)械工業(yè)出版社，1998[11] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2003[12] 吳占雄。 for(i =0。 delay(1000)。 //預(yù)置計(jì)數(shù)初值； TL0=(65536500)%256。 io_key_4 = 1 。 sbit io_key_2 = P1^5 。for(j=0。 //誤差累計(jì) double Proportion。sPID。 }/*==================================================================================================== 增量式PID計(jì)算部分 =====================================================================================================*/ int IncPIDCalc(int NextPoint) { register int iError, iIncpid。 //增量計(jì)算 iIncpid = sptrProportion * iError //E[k]項(xiàng) sptrIntegral * sptrLastError //E[k－1]項(xiàng) + sptrDerivative * sptrPrevError。 sptrLastError = 0。 //積分常數(shù) Integral Const double Derivative。j++)。 sbit io_key_4 = P1^7 。 if(io_key_1 == 0)return KEY_VALUE_1 。 //開(kāi)總中斷； ET0=1。 wei04 = 0。 i++)